在中國眾多省市，水泥生產中氮氧化物和氨逃逸的排放標準數(shù)值已經(jīng)降低或正在逐步下調，這和德國比較類似。在德國，水泥廠必須遵守《德國聯(lián)邦污染控制法》第17號條例規(guī)定的各項標準，其中日平均值為：氮氧化物200mg/Nm³ ，氨逃逸30mg/Nm³。在中國，采用蒂森克虜伯SCR設備的濟寧海螺和南京中國水泥廠的目標限值為：氮氧化物排放每小時平均值為100mg/Nm³，氨逃逸平均值8mg/Nm³ 。憑借蒂森克虜伯當前的先進技術水平，完全能夠遠超這些排放要求。
濟寧海螺和南京中國水泥廠采用的蒂森克虜伯高溫高塵SCR系統(tǒng)
經(jīng)過約5個月的建設，蒂森克虜伯在中國首套高溫高塵SCR系統(tǒng)于2019年8月在濟寧海螺成功完成試運行并投入使用。另外兩套SCR系統(tǒng)也將在南京中國水泥廠投入使用。蒂森克虜伯這一高溫高塵SCR系統(tǒng)可以實現(xiàn)每條生產線380,000 Nm³/h煙氣量的脫硝(表1)，憑借這一在全球經(jīng)過驗證的高溫高塵SCR系統(tǒng)，濟寧海螺和南京中國水泥廠能夠長期穩(wěn)定地把氮氧化物排放值控制在100mg/Nm³以下，氨逃逸在8mg/Nm³以下，甚至更低的水平。
同時與半塵系統(tǒng)相比，高塵系統(tǒng)的阻力增加值非常低，目前脫硝系統(tǒng)運行阻力在500Pa左右，而且系統(tǒng)溫降也比半塵系統(tǒng)低很多，噴氨量也能大幅降低。目前該項目的氨水消耗量較之于SCR投產前節(jié)省了60%以上，與半塵系統(tǒng)相比故障點減少，系統(tǒng)穩(wěn)定性也大幅提升，是目前運行成本最低的SCR系統(tǒng)。
應用了蒂森克虜伯的高溫高塵SCR技術后，濟寧海螺(圖1)、南京中國水泥廠(圖2)可以達到并低于最低的氮氧化物和氨逃逸排放標準數(shù)值。
圖1：濟寧海螺使用的蒂森克虜伯SCR系統(tǒng)
圖2：中國水泥廠使用的蒂森克虜伯SCR系統(tǒng)
視頻：德國專家在中國水泥廠現(xiàn)場調試
自2006年以來經(jīng)過驗證的成熟技術蒂森克虜伯在德國等多個國家的十余個水泥廠積累了多年經(jīng)驗，能夠把水泥廠的氮氧化物控制在超低排放標準數(shù)值，技術非常成熟。自十多年前第一套系統(tǒng)投入使用以來，蒂森克虜伯SCR系統(tǒng)已成功證明，這一高溫高塵SCR系統(tǒng)能持續(xù)減少氮氧化物和氨逃逸的排放，而且性能可靠。自2013年8月份以來，所有已經(jīng)建成的SCR系統(tǒng)全年運轉率都在95%以上。
在濟寧海螺和南京中國水泥廠建設新的高溫高塵SCR系統(tǒng)
包括材料供應在內的完整混凝土和鋼結構工程均由安徽海螺完成;所有核心組件(含催化劑模塊)均由蒂森克虜伯從歐洲提供，由安徽海螺安裝、建設施工，并由蒂森克虜伯負責調試?；陔p方良好的合作，該項目在10個月內竣工，與歐洲項目相比，節(jié)省了50%以上的時間。
催化劑的外殼在工廠預先組裝，然后拆卸運輸至濟寧海螺和南京中國水泥廠。在預組裝現(xiàn)場，通過借助裝配輔助設備快速、精確地焊接反應器壁。隨后，整層裝置只需用起重機吊起并安放到最終安裝位置。工廠的前期預備工作大大縮短了設施的施工時間，提高了工藝質量。
濟寧海螺和南京中國水泥廠的高溫高塵SCR系統(tǒng)建在混凝土臺上，單座SCR系統(tǒng)的基底占地面積約為16×17m。
為了安裝催化劑，使用鏈式起重機和專門開發(fā)的提升托架，借助該類裝置，約1.3噸重的催化劑模塊可通過軌道系統(tǒng)運至反應器中。在反應器中，再次使用鏈式起重機和裝配輔助設備來定位催化劑模塊。這項工作必須非常小心地完成，因為陶瓷催化劑模塊對沖擊非常敏感，極易損壞。
清灰系統(tǒng)
水泥廠中運行良好的高塵SCR系統(tǒng)中的關鍵部分是清灰系統(tǒng)，其要求與其他行業(yè)SCR使用的傳統(tǒng)吹灰器有很大不同。
自行研發(fā)、性能可靠且經(jīng)過驗證的蒂森克虜伯清灰系統(tǒng)可確保濟寧海螺和南京中國廠水泥廠約95g/Nm³(每小時約30,000 kg)高粉塵與煙氣一同通過催化劑模塊，而不會發(fā)生堵塞。水泥粉塵含有大量粘土，比其他行業(yè)的粉塵相比會更粘，這就使得清灰更加困難。
濟寧海螺和南京中國水泥廠采用的蒂森克虜伯高塵SCR系統(tǒng)每層安裝有四臺清灰裝置。按順序運行的清灰系統(tǒng)必須確保把粉塵吹過催化劑模塊，從而防止粉塵堆積或粉塵堵塞。清灰過程逐層進行，并且始終從頂部催化劑層開始除塵。清灰系統(tǒng)需要使用特殊要求的脈沖空氣，每條窯生產線使用三臺壓縮機，其中的一臺備用。
蒂森克虜伯的經(jīng)驗總結
經(jīng)驗表明，平均每2至3年需要更換一層新的催化劑模塊。這些催化劑模塊的使用壽命在很大程度上取決于機械應力(水泥粉塵造成的磨損)以及堿重金屬的“失活”效應。堿重金屬的種類和數(shù)量取決于所用的原料和燃料。研究結果表明，許多因素對SCR系統(tǒng)的性能都有影響，催化劑模塊的使用壽命與其他行業(yè)大不相同。
蒂森克虜伯在全球水泥行業(yè)中具備最豐富的SCR系統(tǒng)脫硝經(jīng)驗。幾年來，在另外十余個高塵和半塵SCR項目中進行了廣泛的測量和檢測。
“我們非常榮幸能夠與全球知名的海螺水泥在國內首次開展SCR技術的合作。這一項目的成功再次證明，我們的技術能夠幫助客戶滿足最為嚴苛的排放目標。同時，我們也希望，能夠將這一全球領先的高溫高塵SCR技術在中國更多城市推廣，與更多水泥行業(yè)同仁共同創(chuàng)建一片碧水藍天，為中國的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻!” 蒂森克虜伯水泥業(yè)務中國區(qū)負責人Björn Olaf Assmann博士表示。
作者：Markus Theus和Daniel Schneider;
蒂森克虜伯工程技術(中國)有限公司，
瑞士麥爾茲爐窯公司(Maerz Ofenbau AG)，CemCat業(yè)務部
